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1、代谢组学的研究方法和研究流程,生物化学与分子生物学 林 兵,主 要 内 容,定义 概述 特点 研究方法 研究流程,定 义,代谢组学（metabonomics）是指通过组群指标分析，进行高通量检测和数据处理，研究生物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化，特别是对内源代谢、遗传变异、环境变化乃至各种物质进入代谢系统的特征和影响的学科。,概 述,代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。 其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。 先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方
2、法是代谢组学研究的基本方法。 其样品主要是动植物的细胞和组织的提取液。 主要技术手段是核磁共振（NMR）、质谱（MS）、色谱（HPLC，GC），其中以NMR为主,特 点,关注内源化合物 对生物体系的小分子化合物进行定量定性研究 上述化合物的上调和下调指示了与疾病、毒性、基因修饰或环境因子的影响 上述内源性化合物的知识可以被用于疾病的诊断和药物筛选。,代谢组学的研究方法,2018/11/11,真正意义的代谢组学研究。预处理和检测技术需满足高灵敏度、高选择性和高通量的要求。需要对获得的数据进行解析。,代谢产物分析4个层次,代谢物靶标分析。对个别特定组分分析。 代谢轮廓分析。对预设组分的分析。 代谢
3、组学。特定样品中所有代谢物分析。 代谢指纹分析。比较代谢物指纹图谱。,目前最常用的分离分析手段是： 气相色谱与质谱联用(GCMS) 液相色谱与质谱联用(LCMS) 毛细管电泳与质谱联用(CEMS) 核磁共振(NMR),GC-MS,气相色谱原理:气相色谱的流动向为惰性气体，气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺
4、序进入检测器中被检测、记录下来。,质谱原理:质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理 是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。,GC-MS的基本流路图,GC,接口,MS,数据处理,真空系统,GC-MS联用仪器,优点：集色谱法的高分离能力和质谱法的结构鉴定能力于一体 ， 灵敏度高，可检测到大量低含量的小分子代谢产物。 缺点：无法分析热不稳定性的物质和分子量较大的代谢产物。,NMR,核磁共振基本原理：当
5、以射频照射外磁场中的自旋核，且射频的能量正好等于核磁矩不同取向的能级差时，低能级的核将吸收射频跃迁致高能态 核磁共振现象。,共振条件： (1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分; (3)照射频率与外磁场的比值0 / B0 = / (2 ),优点：能够对样品实现非破坏性、非选择性分析。它是唯一既能定性, 又能在微摩尔范围定量有机化合物的技术。 缺点：灵敏度相对较低, 不适合分析低浓度代谢物。,代谢组学的研究流程,代谢组学研究流程,代谢组学各分析流程技术,样品的提取,样品预处理,自动进样,检测及鉴定,化合物的分离,数据分析与可 视化，建模与 仿真,固相微萃取 固相萃取 亲和色谱,气相色谱 液相色谱 毛细管电泳,光谱 质谱 核磁共振 电化学,生物信息学 化学信息学 化学计量学 计算生物学,2018/11/11,代谢组学的研究流程,
